2021年版 ワイドバンドギャップ半導体単結晶市場の現状と展望/SiからSiC、GaN、Ga2O3など革新素材へ不可逆転換

発刊日
2021/09/07
体裁
A4 / 128頁
資料コード
C63103600
PDFサイズ
5.7MB
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調査資料詳細データ

調査概要
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調査目的:ワイドバンドギャップ半導体単結晶メーカーや事業化に向けた取り組みをしている企業や研究機関の現在動向と今後の事業施策を調査し、更にデバイス化メーカーなどの周辺調査を加えることで、ワイドバンドギャップ半導体単結晶市場の現状と今後の動向を把握することを目的とする。
調査対象:ワイドバンドギャップ半導体単結晶である炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、ダイヤモンド
調査方法:専門調査員による直接面談取材による
調査期間:2021年4月~2021年8月

調査結果サマリー
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ワイドバンドギャップ半導体単結晶世界市場に関する調査を実施(2021年)
2027年のワイドバンドギャップ半導体単結晶世界市場は325億円と予測
~パワーデバイスの本格普及や採用増を背景に、2020年対比約2.8倍に成長見通し~

資料ポイント
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  • ワイドバンドギャップ半導体単結晶:2021年120億円の市場は2027年には325億円と約2.7倍に
  • SiC:メインサイズ6インチだけでなく8インチの量産予定有、新規プレーヤー続出し急拡大の一途
  • GaN:高品質4インチの量産目途が明確に、照明以外にも拡大しパワーやRF向けの開発本格化
  • Ga2O3:量産技術やデバイス開発が盛んになり、SiCを超える性能かつ1/3の価格をロック・オン
  • AlN:パンデミックで高まる除菌・殺菌需要、デバイス製品開発ペース早まりラインアップ増加中
  • ダイヤモンド:デバイス開発が先行し世界最高レベルの成果出る、2インチ化リリースへ秒読み
  • 各種ウエハーの標準化に向けた動向が一部であり、材料としての完成度が向上する
  • 前回版との違い:
    1.新型コロナウイルスによる市場への影響を掲載。
    2.各材料における用途別の市場規模情報を拡充。
    3.Siウエハープレーヤーへの取材も実施し、既存プレーヤーから見た市場に関する情報も掲載。

リサーチ内容

調査結果のポイント

1.市場動向
2.ワイドバンドギャップ半導体単結晶プレーヤーの取り組み
3.展望と課題

第1章:ワイドバンドギャップ半導体単結晶市場の現状と展望 ~SiC、GaN、Ga2O3、その他~

代替したらもうSiには戻れない不可逆進行
  各材料の特性を磨き上げることこそが王道であり最短ルート
求められる統一基準
  標準化が材料の完成度を引き上げる
面積ベースでは2025年に酸化ガリウムが急成長
  金額ベースではSiCとGaNが引き続き市場をけん引
    表.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板種類別市場規模推移と予測
    (面積、金額、2020~2027年予測)
    図.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板材料別市場規模推移と予測
    (金額、2020~2027年予測)
    図.ワイドバンドギャップ半導体単結晶基板材料別市場規模推移と予測
    (面積、2020~2027年予測)

第2章:材料別単結晶市場の現状と展望

SiC単結晶市場の現状と展望
  エピタキシャル成長品質上がるもTSDなどの定量測定が課題
    表.SiC単結晶の物性特徴と適応応用製品、SiC採用メリット
  高品質グレードHGE-2Gも展開され、歩留り向上に貢献
    表.SiC単結晶ウエハー、エピタキシャルウエハーの品質動向
  車載は6インチで進み、8インチも生産見通し立つ
    図.SiC単結晶市場規模予測と推移(金額ベース、2020~2027年予測)
    図.SiC単結晶用途分野別市場規模推移と予測
    (金額ベース、2020~2027年予測)
    表.SiC単結晶パワーデバイス+非生産分野口径別市場規模推移と予測
    (枚数、面積、2020~2027年予測)
 
GaN単結晶市場の現状と展望
  4インチ本格普及は2023年頃だが
  足元は2インチで伸長
    図.GaN単結晶の用途一覧イメージ
    表.GaN単結晶ウエハー市場参入メーカーの主な動向(または概要)
  市場は微増成長が継続
  照明用途以外へ着実にシフト
    図.GaN単結晶市場規模推移と予測(金額、数量、2018~2027年予測)
    表.ウエハー口径別GaN単結晶市場規模推移と予測
    (金額、数量、2018~2027年予測)
    表.口径別GaN単結晶市場予測(枚数、面積、2018~2027年予測)
    図.口径別GaN単結晶市場規模推移と予測
    (面積ベース、2018~2027年予測)
 
酸化ガリウム単結晶市場の現状と展望
  驚異的なバリガ性能指数と圧倒的に有利な液相成長で結晶品質は問題無し
    表.各種半導体材料の材料特性と酸化ガリウムのデバイス応用に向けた素性の良さ
  コロナ禍で国際ワークショップ延期されるも、デバイス開発は進む
    表.酸化ガリウムのデバイス化基盤技術の確立に向けての必要事項と目標
  先行するα-酸化ガリウムデバイス開発、追いかけるβ-酸化ガリウムデバイス
  各国で新規参入者の兆し有り
    図.酸化ガリウム関連プレーヤーの動向(結晶構造別、取り扱い品別)
  2025年に価格はSiCの3分の1が最低条件
  代替する痛みを伴い、市場急拡大へ
    図.酸化ガリウム単結晶市場規模推移と予測
    (金額、数量2020~2027年予測)
    表.酸化ガリウム単結晶ウエハー量産時期及び価格動向予測
    表.ウエハー口径用途分野別酸化ガリウム市場規模推移と予測
    (金額、枚数、2020~2027年予測)
    表.口径別酸化ガリウム単結晶市場予測
    (枚数、面積、2020~2027年予測)
    図.酸化ガリウム単結晶口径別枚数シェア推移と予測
    (2020~2027年予測)
    図.酸化ガリウム単結晶口径別面積シェア推移と予測
    (2018~2025年予測)
 
AlN単結晶市場の現状と展望
  新型コロナウイルスの影響で急拡大
  いよいよ市場形成期
     表.AlNの基本物性
  主戦場は殺菌用途
  パンデミックを抑えるキーデバイス
    表.AlN単結晶基板用途一例
    図.波長とエネルギーの関係図
    図.主要深紫外LED関連プレーヤー相関図
    表.深紫外LED除菌・殺菌アプリケーション取り組みプレーヤー状況一覧
  パンデミックが変える衛生観念
  市場からの要求は多様化
  純粋な外販ウエハーメーカーは消滅
  265nmの波長は新型コロナに有効で従来品比較で省エネ
    図.AlN単結晶市場規模推移と予測(金額、数量、2020~2027年予測)
 
ダイヤモンド単結晶市場の現状と展望
  マルチな特性光る 最高の材料
  世界において日本の大型化は先行するも、開発方針の統一が必要
  懸念される宝飾業界からのスピンオフは杞憂か
  単結晶でなくても電子デバイスとしての活用性高まる
    表.人工ダイヤモンドの用途一例
    図.ダイヤモンド単結晶市場規模推移と予測
    (金額、数量、2020~2027年予測)
    図.サイズ群別出荷枚数シェア推移と予測(枚数、2020~2027年予測)
    図.サイズ群別出荷枚数シェア推移と予測(枚数、2020~2027年予測)

第3章:ワイドバンドギャップ半導体単結晶関連プレーヤー動向

アダマンド並木精密宝石株式会社
  ヘテロエピタキシャル成長で世界最大級のサイズ
  1インチ円形KENZAN DiamondTMのリリース直前
  世界最高水準の出力電圧及び電力を得るデバイス材料を供給
  図.大口径ダイヤモンドウエハー画像
  供給可能最大サイズは20mm角
  研究開発では2インチ角サイズも
 
エア・ウォーター株式会社
  シンプルで高性能なGaN on SiC on Si基板
  量産性やデバイスとして高評価
  待望のGaN on SiC on Siをリリース
  パワーデバイスも高周波も
  図.「GaN on SiC on Si基板」の工程及び構造模式図
  大口径で安価なSi基板上にクラックフリーで6μmを超える窒化物層を成長
  高い耐電圧と抑制された電流コラプスの両立を実現
  表.本構造(GaN on SiC on チョクラルスキーSi)と従来構造の性能比較表
  デバイス開発による成果を次々リリース
  GaN以外の窒化物にも適用可能で用途拡大の期待高まる
 
株式会社オーエステック
(Hebei Synlight Crystal Co.,Ltd/Suzhou Nanowin Science and Technology Co.,Ltd)
  需要に応えるためSiCウエハー生産能力2倍へ
  加工品ラインアップ増加しニューノーマルな体制強化
  河北同光は中国だけでなく日本への需要に対応
  SiCウエハー生産能力2倍へ
  表.オーエステックの取り扱う6インチSiCウエハー仕様一部
  深刻化する米中貿易摩擦に
  柔軟に対応できる工夫で乗りきる
 
大阪市立大学
  放熱性など様々な課題を解決する異種材料接合
  材料との組み合わせより界面の扱いこそ重要
  中間層の熱や抵抗のトラブル回避し
  電子移動度と放熱性の両方を実現
  図.接合装置による表面活性化接合イメージ図
 
株式会社オキサイド
  光の技術で市場を明るく照らす
  グローバルニッチトップカンパニーとしてプレゼンス高まる
  設立20年を越え上場、さらなる飛躍へ
  世界を変える光の技術
  絶滅寸前の材料事業から世界シェアトップ製品を創出
  グローバルニッチトップとして順調に推移
  素材・材料開発の現状と対策
  あらゆる単結晶の取り扱い経験から導く最適条件
  図.2インチサイズSAM(ScAlMgO4)ウエハー(左)と単結晶ブール(右)外観
 
国立大学法人 金沢大学
  大学発祥の単結晶ベンチャーも興り産学・地域連携で加速
  ホモ/ヘテロ問わずダイヤモンドデバイスの早期社会実装を目指す
  ウエハーやデバイスだけでなくプロセス技術解発も
  一気通貫でダイヤモンドの普及をあらゆる面で促進
  図.開発したダイヤモンドウエハー平坦化技術のメカニズムイメージ
  図.処理前後(左右)におけるダイヤモンドウエハー表面のSEM像
  金沢大学独自のブラックダイヤモンド
  宝飾品用途だけでなくデバイス向けも
 
株式会社サイオクス/伊藤忠プラスチックス株式会社
  GaN/AlNテンプレートやGaN/GaAsエピウエハーでも成長
  設備強化しGaN単結晶ウエハーで2026年には100億円目指す
  唯一の国内外販エピメーカー
  GaNウエハーだけでなくGaAsやAlNなど化合物半導体を広くカバー
  表.化合物半導体製品一例(分類、用途、特徴、種類/サイズ)
  レーザーテレビやプロジェクションマッピングで活況
  高周波やパワーも国家プロジェクトで研究進む
  表.化合物半導体製品の用途一例(一部)
  化合物半導体で300億円、GaN単結晶ウエハーで100億円目指し、
  4インチサイズの販売を3倍にし6インチの設備投資も検討
 
国立大学法人 佐賀大学
  世界最高レベルの179MW/cm2となる高出力電力を実現
  ダイヤモンドデバイスの量産化は5年以内を目指す
  ダイヤモンドは新動作原理が奏功し世界最高レベルの179MW/cm2を実現
  酸化ガリウムはキラー欠陥の解明に寄与
  図.新動作原理と従来構造における比較イメージ図と補足説明
  図.世界最大の高電圧と大電流を測定したグラフ
 
昭和電工株式会社
  エピタキシャル成長だけでなく単結晶ウエハー開発も実施
  待望の高品質日の丸SiCエピウエハーを世界へ
  (独)Infineon Technologiesと長期契約結ぶ
  デンソー製パワーモジュールにも採用
  表.昭和電工エピタキシャルウエハー製品スペック表(一部)
 
国立大学法人 信州大学/不二越機械工業株式会社
  直径2インチ単結晶育成に成功し、4インチ大形化も可能に
  欠陥密度やキャリア移動度もクリアしデバイス化の進捗に期待
  バルク単結晶育成のエキスパートが酸化ガリウムウエハー研究推進
  図.VB法で育成した直径2インチ、Sn-doped、
  (001)方位成長β-酸化ガリウム単結晶(左)と切断・研磨した
  直径2インチウエハー(右)画像
  図.開発した大型垂直ブリッジマン装置により
  原料の融解・一方向凝固に成功した3インチ(左)と4インチ(右)
  サイズのβ-酸化ガリウム結晶画像
  (上記結晶の結晶性、電気的特性はこれからとしている)
 
スタンレー電気株式会社
  深紫外線技術を、より安全な社会のために
  LEDでコロナ禍において命を救う
  265nm深紫外線LEDで水と空気を除菌
  新型コロナウイルスの不活化に効果的な論文も出る
  図.265nm高出力深紫外線LEDシリーズZEUBE265(左)とZEUDE265(右)外観図
  AlNウエハーメーカー(米)Hexatech買収
  2025年度に除菌事業で売上500億円目指す
 
セラミックフォーラム株式会社
(SiCrystal AG/NovaSiC/HZDR Innovation GmbH /mi2-factory GmbH /
 Seen Semiconductors Ltd./Phystech GmbH )
  技術コーディネートも可能な総合専門商社
  コロナ禍で攻めの新規製品/サービス開発によりラインアップ充実
  表.セラミックフォーラムのウエハー加工対応可能サービス
  表.セラミックフォーラム製品・サービス一覧
 
関西学院大学/豊田通商株式会社
  SiCウエハーの欠陥を無害化する革新的プロセス技術と
  新たな可能性を生み出すオープンイノベーション
  注目のSiCウエハーにおける有害欠陥ゼロ技術
  オープンイノベーションのビジネススキームであらゆる企業・工程へ
  熱制御による総合的な品質改善
  PDCAのため評価方法も確立
  図.Dynamic AGE-ing法によるBPD無害化フローイメージ図
  図.窒素濃度の切り替え制御による積層画像一例
  表.DA法による基底面転移(BPD)無害化の検証結果一例
  SiCデバイスの普及促進を下支え
 
日本ガイシ株式会社
  パワー半導体向け6インチGaNウエハー開発成功
  独自液相成長法で2030年に100億円目指す
  足元レーザーダイオードから高周波デバイスを経てパワーデバイスへ
  低炭素社会の実現と5G/6Gを支えるキーマテリアル
  図.FGAN®製品外観およびカソードルミネッセンス画像
  表.日本ガイシのFGAN®サイズと想定用途、目標売上推定(2019~2030年度)
 
株式会社ニューメタルスエンドケミカルスコーポレーション
(TanKeBlue Semiconductor/Kyma  Technologies/Ultratrend Technologies)
  SiCやGaN、AlNなど様々なウエハーを通じ産業発展に貢献
  SiCウエハーはTSDやBPDを保証値として提示
  他社にない取り組みで中国メーカーのプレゼンス向上
 
株式会社ノベルクリスタルテクノロジー
  β-酸化ガリウムSBDサンプル出荷目前、FETの耐圧記録更新
  エピウエハーは4インチまで量産でき、6インチも間近
  ウエハー価格SiCの1/3へ
  2025年に6インチ量産でSBDからFETにも対応
  図.SBDプロセス済み4インチ酸化ガリウムエピウエハーの外観画像
  図.酸化ガリウム縦型FETの断面構造
  Web面談を活用し研究が盛んな海外デバイスメーカー続出
  国家プロジェクトや様々な協業を経て進む
 
三菱ケミカル株式会社
  パイロット装置での研究開発を進め、大型化フェーズへ
  2023年に高品質4インチGaNウエハー量産
  製法の特徴を生かした展開
  生産性の高い量産技術を低圧酸性アモノサーマル「SCAAT™-LP」で実現
  図.パイロット設備で育成したGaN単結晶
 
国立大学法人 三重大学
  殺菌・除菌に有効な「深紫外LED」の高品質・低価格化へ
  産業応用に適した「三宅方式」で臨む
  二つのエコシステムによる事業推進で深紫外LEDの実用化を加速
  コア技術「三宅方式」が拓くウィズ・ポストコロナ時代の安全安心に
  図.三宅方式による結晶成長法から実用化展開までのフロー図
  スパッタ法とFace-to-Face法によるアニールで世界最高の品質を実現
  AlN-on-サファイアで265nmのLEDを作製、実用化
  図.三宅方式による基板製造方法イメージ図
  実用化に向けて様々な取り組みを実施
  空気清浄機にも搭載適用拡大しており、需要急拡大
 
株式会社FLOSFIA / フロスフィア
  SBD量産を経て革新素材によるイノベーションを促進
  パワーモジュールプラットフォームで潜在市場の掘り起こしも
  「GaO®パワーデバイス」で様々な問題を解決
  図.GaO®ダイオード(SBD)外観画像
  図.パワーモジュールプラットフォーム(イメージ図)

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